Können Sie in einem einzigen Operationsverstärker summieren und differenzieren?

Ich möchte zwei unabhängige Differenzsignale nehmen (Audio-Line-Eingänge mit unbekannten Eigenschaften, die vorhanden sein können oder nicht), jedes Gleichtaktrauschen von jedem von ihnen entfernen (sie könnten jeweils ein anderes Gleichtaktrauschen haben) und dann die gewünschten Signale summieren zusammen. Ich glaube, ich kann das alles mit 1 Operationsverstärker tun. (Eigentlich möchte ich das gewünschte Signal differentiell ausgeben, also werde ich zwei davon mit invertierter Ausgangspolarität verwenden.)

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Sie können davon ausgehen, dass Rfeedback = Rground und alle Eingangswiderstände gleich sind. Dann glaube ich, dass die Ausgabe ist:

v Ö u T = R F R ich N ( A + B )

wobei das gesamte Gleichtaktrauschen eliminiert ist. Richtig?

Gibt es Probleme mit dieser Operationsverstärkerkonfiguration?

Diese Seite nennt es einen "generischen linearen Operator":

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Wird der CMRR durch Summieren auf dem nicht invertierenden Knoten oder so reduziert? Ich habe nachgerechnet, und CM-Quellen werden bei Vout vollständig aufgehoben, aber ich fühle mich etwas unwohl dabei. :)

Die Eingangsimpedanz der invertierenden Eingänge variiert mit dem Signal, wie hier erklärt , sollte aber keine Rolle spielen, solange sie viel größer als die Quellenimpedanz ist. Die Gleichtaktimpedanz ist der wichtige Teil und sollte für alle Eingangspaare gleich sein.

Wenn ich nicht versuchen würde, alles in einem zu machen, würde ich zwei Differenzverstärker verwenden, gefolgt von einem Summierverstärker (gefolgt von einem Inverter für den Differenzausgang). Hat diese Methode irgendwelche Vorteile gegenüber der Single-Op-Amp-Methode?

Antworten (3)

Ein mögliches Problem, das ich bei diesem Ansatz sehe, besteht darin, dass, da die Eingänge des Operationsverstärkers nicht auf einer festen Spannung bleiben, ein Teil der Spannung, die an den "Summen" -Eingängen Ihrer Schaltung angezeigt wird, an allen Eingängen "sichtbar" ist (Summe und Differenz gleichermaßen). Wenn diese Eingänge nicht von niederohmigen Quellen getrieben werden, könnte dies ein Problem darstellen.

Ein besseres Design in einigen Fällen, wenn Sie die Stromversorgungsreserve haben, kann darin bestehen, die Summiereingänge in einen Verstärker einzuspeisen, der als Inverter verdrahtet ist (mit einem nicht invertierenden Eingang, der auf einer festen Spannung liegt) und Lassen Sie den Ausgang dieses Inverters als einen der Eingänge dem Verstärker zuführen, der alle Differenzeingänge akzeptiert. Wenn Ihre Summen- und Differenzeingänge als Differenzpaare gruppiert werden sollen, ist dieser Ansatz nicht besonders gut (die nicht invertierenden Eingänge fließen durch zwei Operationsverstärker, während die invertierenden Eingänge nur durch einen fließen), aber Ihr ursprünglicher Ansatz ist dies nicht entweder. Ihr bester Ansatz wäre in diesem Fall, entweder alle Summeneingänge in einen invertierenden Verstärker, alle Differenzeingänge in einen anderen Verstärker zu leiten und dann die Differenz der beiden Ausgänge zu nehmen. oder jedes differenzielle Paar durch seinen eigenen Instrumentenverstärker zu leiten und die Ergebnisse zu summieren. Die Verwendung einer separaten Instrumentierung für jedes Paar würde das bei weitem beste CMRR ergeben, würde aber natürlich mehr Verstärker erfordern.

Sie haben 3 Differenzverstärker in einem Operationsverstärker entwickelt, aber der CMMR wird von dem typischen Bereich von 60 bis 100 dB auf etwa 25 dB reduziert, indem sich die Fehlanpassungstoleranzen aller Ihrer 1-%-Widerstände summieren. Wenn Sie eine große CM-Drossel über alle Drähte verwenden, kann dies erheblich helfen. Beachten Sie, dass die Differenzspannung am OA-Eingang Null und der Ausgang im linearen Bereich sein muss.

Es hängt alles davon ab, wie viel CM-Unterdrückung Sie benötigen und über welches Spektrum.

Das ist ein guter Punkt, an den ich nicht gedacht hatte, aber wenn ich ihn simuliere, bekomme ich nur ein paar dB Unterschied zwischen einem einzelnen Diff-Verstärker und einem Doppel-Diff-Verstärker.
Das CMRR könnte viel stärker verschlechtert werden, wenn einer der Eingänge eine unsymmetrische Impedanz gegen Masse, aber wenig oder kein Gleichtaktrauschen hat, und ein anderer Eingang mehr Gleichtaktrauschen hat, aber symmetrisch ist. Das Ungleichgewicht am ersten Eingang spielt keine Rolle, da dort wenig Gleichtaktrauschen vorhanden ist. Das Rauschen am zweiten Eingang würde an sich keine Rolle spielen, da es symmetrisch ist. Wenn Sie jedoch beide Eingänge anschließen, wird die Rauschunterdrückung des zweiten Eingangs durch die Unsymmetrie des ersten Eingangs vollständig untergraben.
Ja, ich stimme zu, und das ist meistens eine kapazitive Fehlanpassung als Audio, aber die Impedanzen der Quellen sollten angepasst oder auf Nullimpedanz bezogen werden und dann den Wert des Eingangswiderstands mit passenden kapazitiven Netzwerken reduzieren, wenn Sie diesen Weg gehen wollten.

Eine einfache Möglichkeit, dies zu überprüfen, besteht darin, die Verstärkung von jedem Eingang zum Ausgang separat zu berechnen. Dies ist einfach, weil Sie einfach alle anderen Eingänge auf 0 halten. Wenn die negative Verstärkung für jeden Kanal genau das Gegenteil der positiven Verstärkung für diesen Kanal ist, wurde theoretisch die Gleichtaktkomponente eliminiert.

Auf diese Weise können Sie sehen, dass der einzige Effekt der zusätzlichen Eingänge darin besteht, dass sie als zusätzliche Spannungsteiler wirken, die die Verstärkung jedes Eingangs reduzieren. Solange dies bei den Widerstandswerten richtig berücksichtigt wird, sollte dies funktionieren.

Ich hätte ein Beispiel gemacht, um den Punkt zu veranschaulichen, aber da Sie keine Komponentenbezeichner in Ihren Schaltplan eingefügt haben, wäre dies zu verwirrend.

Können Sie in einem einzigen Operationsverstärker summieren und differenzieren?
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